空压机系统的自动化节能控制探讨

胡越

摘 要： 根据空压机系统能耗高的特点，从空压机的选择与组合、系统控制方式、重要参数设置、配套设备完善、日常维护、能量回收和余热利用等方面，着重探讨了空压机系统节能的有效措施和方法，为空压机系统的节能改造和运行提供参考。

关键词： 空压机系统;自动化;节能控制;分析

【中图分类号】TP273     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）04-0185-01

空气压缩机系统是各种工矿企业的关键动能设备，也是主要的能源消耗者。目前，我国正在全面推进可持续发展战略。低碳、绿色、节能已成为全社会科学发展、经济创新和转型的主要方向。因此，有必要加强对空压机系统这一关键耗能设备的节能措施和方法的研究和探讨。

1 节能管理的方式

1.1 空气压缩机的选择：目前市场上广泛使用的空气压缩机有三种：活塞式、螺杆式和离心式由于空气供应中的油含量，活塞式空气压缩机不适用于食品、纺织、制药和精密仪器等行业。[1]

1.2 空压机结构：空气压缩机的合理组合是安全可靠供气的保证。从提高能效的角度来看，空气压缩机应该比小压缩机大（即在相同的供气需求下，只有一台大风量空气压缩机必须比几台小风量空气压缩机节能），但在选择大型空气压缩机时还应考虑以下因素：

（1）电力系统的局限性对于低压（380伏级）空气压缩机，一般匹配功率应尽可能不超过300千瓦。功率过大会导致供配电设备投入过多，电力设备安装困难。尤其是大功率低压电机会给整个电网带来很大的冲击，甚至在启动时造成严重的损坏。

（2）理论设计与实际需求之间的差距在选择空气压缩机时，工艺设计人员经常在空气需求上增加过高的安全系数，这可能导致设计容量与实际工况之间存在较大差距，最终导致空气压缩机的“大马拉小车”长时间低负荷运行，经常造成侧流排放或空载工况，从而造成能源浪费。作者建议机组配置能力比应在1.3-1.3之间。

（3）在休息日、设备维护和新设备调试的条件下，供气需求往往比正常工作条件下低得多。这时，大型空气压缩机往往是“英雄无用武之地”。空压机系统的有效组合应充分考虑实际用气量的波动、季节和时间的实际需求、近期、中期和长期的前瞻性计划估算以及大、中、小型机型匹配的可行性等多种因素。

1.3 系统的控制方式：选择合理有效的控制方式是空压机系统安全、可靠、节能运行的重要保证。目前，随着工业控制技术的快速发展，空气压缩机系统的新控制方法也不断涌现。以下方法是常见的：

（1）变频控制技术：变频调速主要通过改变电机转速来控制空气压缩机单位时间的出气量，从而控制管道压力，调节空气压缩机的能量，节能效果明显。

（2）恒压节流控制：离心式空气压缩机具有独特的节流方式，可在75-100%范围内有效调节。在这个范围内，能量消耗与空气量成比例，并且保持压缩空气系统的相对稳定的压力（其可以被控制在1-3%的压力波动范围内），从而避免了由装载/卸载模式引起的能量浪费和严重的压力波动。因此，在空气压缩机系统的设计中，可以充分考虑离心式空气压缩机独特的控制方式，合理利用25%的风量调节区间。

（3）集控系统：空压机系统实现智能集控，是空压机站节能高效运行的发展方向。虽然目前不同厂家提供的集控系统不同，但其核心部分主要包括以下几个部分：

①典型的三层控制结构：设备的就地控制和信号采集、站房的集中控制和用户的远程监控（扩展功能）PLC设备是控制系统的核心。保持与计算机的通信，完成与现场空气压缩机系统的数据采集和交换，实现MODBUS-RTU网络。[2]

②集控系统的运行方式主要包括单机远程手动操作和主控PLC自动联锁操作前者在控制室实时监控系统运行数据，通过计算机对现场设备进行启停操作、设备运行参数设置和设备运行模式选择。设备之间没有连锁关系。后者通过集中控制系统实现供气恒压控制、设备顺序启动控制、外围设备联动控制和故障处理功能。

③计算机远程控制应具有实时参数采集、远程监控和调节、动态趋势显示、大容量数据存储、自动报警提示、历史报告生成和友好的人机界面等功能。通过智能集中控制，空压机系统不仅可以实现无人值守，而且可以根据实际需要合理调整系统中空压机及其配套设备的运行状态，从而最大限度地实现一体化节能运行。

2 日常维护保养空气压缩机系统的正确及时的维护保养是保证整个系统高效节能运行的关键

2.1 定期清洗冷却器空压机、后冷却器和油冷却器，长期高温运行，冷却水会有一定的杂质和细菌，所以换热器表面容易形成水垢，这将严重影响空压机的换热效率空气压缩机的温度，因此，换热效率变差，不仅会给设备带来安全隐患，还会加剧无效能耗。因此，所有冷却器必须定期清洗，化学清洗或拆卸机械清洗可用于常规清洗。清洗周期可根据冷却水质量每半年或每年確定一次。

2.2 吸入过滤器应及时清洗或更换。在空气质量差的环境中，空气压缩机的吸入过滤器会因长期吸入灰尘或油气而堵塞，导致进气量不足或进气压力升高。进气量不足会导致排气量下降，导致需要增加启动次数来保证供气负荷。然而，空气压缩机的功率将随着进气压力增加而增加，这将直接导致吸入阻力过大，并在严重情况下停机。因此，加强吸滤器的日常维护或检修是非常必要的。

2.3 加强冷却水水质处理由于空气压缩机的冷却循环水一般是一个开放系统，含盐浓度高的冷却水容易在冷却器的换热面上形成密集的水垢试验数据表明，当换热界面上出现0.6毫米刻度时，维持相同的换热效果需要增加10%的能耗。空气压缩机冷却系统采用水质处理，对空气压缩机的稳定运行和节能起着非常重要的作用。目前，常见的水质处理方法包括酸碱度调节、软化水处理、电子静电场处理、磁化处理和通过手动/自动加药设备对系统进行加药等。作者认为传统的化学水处理方法是一种更可靠、更可行的方法。同时，为了保持水质在一定范围内，建议采用自动加药和浓度管理系统，控制循环冷却水的浓度倍数。这不仅可以确保防腐和防垢，还可以减少水资源的排放能量回收和余热再利用。[3]

结束语：为了有效提高空压机系统的整体能量利用效率，必须从多角度出发，综合考虑、综合分析和有效利用设备的选择和配置、日常运行和管理、有效控制方法以及新技术的引进和应用等。确保可靠供气与节能的匹配点，充分发挥空压机系统的最大效率，为企业的可持续发展带来显著的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] 刘芬，任爱江，阳天海.空压机系统的自动化节能控制[J].中国石油和化工标准与质量，2014，034（008）：238，249.

[2] 汤钰鹏，李永平，徐建军.空压机系统的自动化节能控制[C]//中国仪器仪表学会测控技术在资源节约和环境保护中的应用学术会议论文集.2001.

[3] 汤钰鹏，李永平，徐建军.空压机系统的自动化节能控制[C]//第七届“测量与控制在资源节约，环境保护中的应用”学术会议.2003.